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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2020年, 第60卷, 第1期 上一期   
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    专题:安全韧性
    基于韧性曲线的城市安全韧性建模  收藏
    李瑞奇, 黄弘, 周睿
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 1-8.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.039
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2443KB)
    安全韧性已成为城市安全研究的热点领域。该文基于韧性曲线定义城市安全韧性水平,提出包含城市结构模型、城市安全韧性模型、突发事件模型、城市恢复模型的城市安全韧性定量分析框架,并以地震灾害为例,建立包含建筑、交通、能源、通信、供水等子系统的虚拟城市模型,通过Monte Carlo方法开展城市安全韧性定量分析研究。该分析框架和方法具有较好的可拓展性,可为安全韧性城市构建与评价提供支持。
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    基于安全韧性分析的地震应急救援实训功能设计策略  收藏
    范乐, 王燕语, 张靖岩, 韦雅云
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 9-17.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.046
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (17880KB)
    为了提高专业救援人员高效进行灾场评估、幸存者搜救、行动方案制定和应急医护处理等应急响应能力,从中国地震应急救援的响应机制和行动特征出发,将实训功能设计与安全韧性分析相结合,通过强震仿真模拟实验分析对比了不同工况下建筑物灾损特征及触发机制。总结归纳了常见地震灾场场景,根据有限元模拟结果揭示了幸存者在灾场中的潜在分布规律,为地震应急救援训练的结构支护训练、搜索营救训练、竖向转运训练、倾斜楼梯训练、高空营救训练和临时营地搭建训练等实训功能设计提供了理论支撑与量化依据。
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    全自动运行城市轨道交通车站噪声评价  收藏
    程辉航, 刘畅, 陈俊沣, 钟茂华
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 18-24.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.034
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (2651KB)
    全自动运行(full automatic operation,FAO)是城市轨道交通的主流发展方向,为研究FAO线路车站的噪声特性,选取国内应用FAO系统的YF线的9个高架车站站台、站厅、综控室和设备间开展了实地测量。结果表明:站台列车进出站噪声均低于标准限值80 dB(A);站厅噪声为68~76 dB(A),且受广播影响存在较大的声突发率;综控室噪声为47~65 dB(A);选取测量的设备间为控制室,噪声为47~61 dB(A)。计算了站务员的每日噪声剂量,得到白班站务员剂量为69~72 dB(A),夜班站务员剂量为66~69 dB(A)。开展了不同驾驶模式线路之间的对比分析,结果表明:与人工驾驶相比,FAO线路列车停车期间和出站的噪声更小;与列车自动驾驶(automatic train operation,ATO)模式相比,FAO线路的列车进出站噪声均较小。
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    中压燃气泄漏爆炸对地下空间安全韧性影响  收藏
    韩永华, 贺丁, 赵金龙, 季学伟, 吴爱枝, 周轶
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 25-31.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.036
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5116KB)
    地下空间中压燃气管线泄漏极易引发重大火灾爆炸事故。该文参考真实地下空间建筑结构建立物理模型,采用CFD模拟仿真计算用户端中压燃气泄漏扩散和空间爆炸情形,结合地下空间安全性能的特点,从韧性角度分析事故后果对地下空间安全性能的影响。研究认为,在设定的泄漏源和空间环境下,泄漏2和210 s是2个重要的临界时间点,2 s时地下空间发生泄漏的熟食操作间内燃气浓度逐渐达到爆炸下限,210 s时地下空间大厅区域燃气浓度逐渐达到可燃浓度下限。熟食操作间内燃气爆炸超压约为12 kPa,大厅顶部1.0 m厚度燃气爆炸超压约为24 kPa,前者对地下空间结构稳定性影响较小,后者对建筑物结构有一定损坏,空间对事故灾害的承受和吸收能力。地下空间商品耐火性差可能引发火灾事故,加深对空间安全韧性的影响。燃气泄漏爆炸事故影响地下空间的承受能力、吸收能力和恢复能力,据此提出燃气事故对地下空间安全韧性的表征曲线。认为空间安全韧性是燃气泄漏时长的函数,事故后果从形成危险域突变为爆炸、爆燃的关键是遇到点火源。事故后果越严重恢复时间越长、成本越高,恢复后空间性能优于事故之前。提出提升空间韧性的关键措施依次为及时关停泄漏源、强化通风避免形成可燃蒸气云、控制点火源、增设泄压面积、提高空间防火性能。
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    基于人群疏散行为的西南山地城镇住区安全韧性提升对策  收藏
    范乐, 王燕语, 张靖岩, 韦雅云
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 32-40.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.22.047
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (15539KB)
    该研究采用人群疏散模拟来评估山地住区的疏散能力和现行灾害响应预案,从建筑布局形式、路网结构、出入口分布和绿地形态等方面出发,基于模拟结果提出了人群的疏散组织方案。采用线程代理模型开展了人群疏散模拟,基于潜在路径、空间围合程度和绿地空间布局3个变量设立了对比组,分析了总体耗时、累计路径、拥堵特征和不同路段的人数变化,总结了山地空间结构对人群疏散行为和总体安全的影响机制,为中国西南山地城镇住区的疏散安全规划和适灾性设计提供了支撑。
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    专题:港珠澳大桥
    港珠澳大桥的结构抗风性能  收藏
    廖海黎, 马存明, 李明水, 孟凡超
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 41-47.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.048
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7712KB)
    该文针对港珠澳大桥抗风设计面临的关键技术问题,对3座通航孔桥和深水区非通航孔桥,开展了常规节段模型、大比例尺节段模型、全桥气动弹性模型以及施工期桥塔自立状态气动弹性模型风洞试验。研究结果表明:港珠澳大桥原设计方案主梁存在颤振临界风速低、涡激振动振幅超限以及桥塔驰振等抗风问题。通过采用气动措施和机械措施,有效解决了港珠澳大桥的抗风问题,为大桥的抗风设计提供了科学依据和指导,确保了大桥的抗风安全和服役性能。
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    高韧超薄沥青磨耗层在港珠澳大桥珠海人工岛通道上的应用  收藏
    虞将苗, 陈富达, 彭馨彦, 刘国华, 邓科, 余贤书, 张文锋, 莫广亮, 卢学, 陈镇文, 徐天尧, 李俊华
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 48-56.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.040
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (7814KB)
    为对港珠澳大桥珠海人工岛通道(原施工便桥)桥面铺装层进行品质化提升并延长桥面系服役寿命,采用了高韧超薄沥青磨耗层对其进行整体罩面。实施过程中,结合桥梁恒载受限、作业时间紧等特点,在铺装层材料与配比设计、桥面修复材料选择与工艺、水泥桥面与铺装层界面处置技术、施工质量精细化管理与控制等方面进行了系统的试验研究和现场实施方案设计。设计的基于同步摊铺工艺的高韧超薄沥青磨耗层具有实施厚度薄、铺装性能强、压实功需求小、施工效率高等技术特点。经现场测试,罩面前后的桥面铺装在构造深度(提升0.34 mm)、摩擦系数(提升15.5 BPN)、降噪性能(降低噪音3~6 dB)与平整度(由6.5 mm提升至1.4 mm)上得到了明显改善,且其密水性能(<30 mL/min)和拉拔强度(>0.7 MPa)良好。相关的成套技术体系可进一步推广为各类公路、城市道路、桥梁和隧道结构的表面磨耗层方案。
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    港珠澳大桥大挑臂钢箱梁涡激振动特性及抑振措施  收藏
    李明水, 孙延国, 廖海黎, 孟凡超, 马存明
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 57-65.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.049
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (6970KB)
    港珠澳大桥采用的大挑臂钢箱梁外形较钝,在常遇风速下易发生涡激振动。该文通过一系列节段模型和全桥气动弹性模型风洞试验,详细研究了各种气动措施和阻尼措施对此类断面涡激振动性能的影响。结果表明:大挑臂钢箱梁截面存在2个竖向涡振区和1个扭转涡振区;依据涡振振幅和发振风速区间,通航孔斜拉桥需关注第2个竖向涡振区,非通航孔连续梁桥需关注第1个竖向涡振区;在栏杆上安装弧形扰流板的气动措施可有效改善其涡激振动性能;增加结构阻尼可显著降低其涡振振幅,阻尼比达到1.0%时,涡激振动基本消失,该阻尼限值可作为港珠澳大桥的调谐质量阻尼器的依据;最后,利用三维非线性涡振分析方法对节段模型和全桥气弹模型风洞试验结果的一致性进行了讨论。
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    大型直立锁边金属屋面抗风性能——港珠澳大桥珠海口岸旅检大楼工程实践  收藏
    莫涛涛, 张原
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 66-75.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.021
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (8910KB)
    该文通过对港珠澳大桥珠海口岸旅检大楼直立锁边金属屋面被风揭和其他类似工程案例的分析,以及金属屋面抗风揭动态和静态试验,提出由于近些年等效基本风压的增大,基本风压应根据极端天气的变化情况适当进行调整的建议。在广东及港澳等台风多发地区,8~10 s的波动周期更能真实反映本地的台风环境。试验也揭示了金属屋面板被风揭的控制风力是动态的脉动风。由于屋面板板肋与T码的咬合处易脱开,建议此部位应普遍设抗风夹,在檐口等薄弱部位加密檩条间距、加密抗风夹间距,并设抗风压条;在规范或设计中,对金属屋面板、T码支座、自攻螺钉以及抗风夹等的强度和刚度均应提出明确要求;金属屋面按一定间距设置分仓缝,避免金属屋面被风揭时形成多米诺骨牌效应。
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    精密仪器与机械学
    环形微机电陀螺本征轴向的推算方法  收藏
    王锦, 陈志勇, 张嵘
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 76-81.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.027
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (3039KB)
    环形微机电陀螺的敏感结构误差会导致工作模态频率分裂和振动轴向偏转,是影响性能的主要因素之一。质量分布误差中影响最大的是4次谐波分量。为了确定这种缺陷所在的角度,理论分析了环结构在不同角度的检测电极处的频率响应特性,提出了一种通过频率响应参数计算环形结构工作模态本征轴向的方法。为了检验该方法的准确度,采用有限元方法对具有结构缺陷的环结构进行了谐响应分析,结果表明该方法确定的本征轴向相对误差约为2%。
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    MIMU在不同情况下的可观测性分析  收藏
    邢海峰, 陈志勇, 张新喜, 郭美凤
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 82-88.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.030
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5867KB)
    基于微机电系统(MEMS)技术的微惯性测量单元(MIMU)在体积、重量、功耗都具有显著优势,但是其较大的惯性器件误差限制了其应用范围。通过引入旋转调制技术抑制其影响,使得MIMU能够实现寻北应用,目前这方面已经得到比较多的研究。但是不足之处在于缺乏对MIMU的可观测性分析,而状态是否可观测与Kalman滤波能否准确估计误差状态量是紧密联系的。该文针对MIMU在静止、多位置、连续旋转3种情况下,基于实测数据用Kalman滤波分析其可观测性。结果表明:静止情况下MIMU的航向姿态角误差很大,无法自对准;通过绕航向轴及俯仰轴旋转的多位置方案,可以使得MIMU的误差状态量完全可观测;连续旋转情况下,Kalman滤波可以在较短时间内估计出航向角及天向加速度计零偏,并在一段时间后估计出方位陀螺漂移,但是无法准确估计出水平方向的陀螺漂移及加速度计零偏,不过寻北算法可以估计出水平方向的惯性器件常值误差。该研究结果为提高MIMU自对准精度以及评估其性能提供了途径和理论依据。
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    机械工程
    核级管端法兰面在线堆焊修复的残余应力  收藏
    鲁立, 胡梦佳, 蔡志鹏, 李克俭, 吴瑶, 潘际銮
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 89-94.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.21.029
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (4766KB)
    采用数值模拟的方法研究了某一核级管端法兰面在线堆焊修复过程中的焊接顺序及堆焊厚度对残余应力和变形的影响。模拟结果表明,由于法兰内外侧厚度不同以及内外壁连接管的刚性差异,采用从内至外的焊接顺序可以得到整体较小的焊接残余应力和变形。当堆焊厚度为20 mm时,外壁管道焊缝处的轴向残余应力接近材料的屈服强度;当堆焊厚度不超过15 mm时,外壁管道焊缝处的残余应力远低于屈服强度。采用优化的焊接工艺制作了等比例模拟件,并采用X射线衍射法测试模拟件的残余应力,计算结果与测试结果吻合良好,进一步验证了数值模型及模拟分析结果的可靠性。
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    土木工程
    考虑地面高程的建筑群三维火灾蔓延模型  收藏
    许镇, 薛巧蕊, 陆新征, 孙旋
    清华大学学报(自然科学版). 2020, 60 (1): 95-100.   DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2019.26.041
    摘要 ( 0 )   HTML    PDF (5913KB)
    当前建筑群火灾蔓延模型主要考虑二维水平蔓延,而忽略地面高程的影响,难以适用于地面高程变化明显的建筑群,因此需要建立考虑地面高程的建筑群三维火灾蔓延模型。在已有二维模型基础上,推导热辐射与热羽流的三维计算公式,建立了建筑群三维火灾蔓延模型;与精细计算流体力学模型对比,验证了三维蔓延模型的合理性;以云南独克宗古城与贵州温泉村火灾为例,开展考虑地面高程的火灾蔓延模拟。结果表明:三维蔓延结果比二维蔓延结果更加接近实际。为高程变化明显的山地、丘陵等地区提供了更准确的建筑群火灾蔓延模拟方法。
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» 2023年度优秀论文、优秀审稿人、优秀组稿人评选结果
  2023-12-12
» 2022年度优秀论文、优秀审稿人、优秀组稿人评选结果
  2022-12-20
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  2020-10-28
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» 热烈祝贺清华2018年度国家科学技术奖获奖创历史新高!
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» 第十五届“清华大学-横山亮次优秀论文奖”暨2018年度“清华之友—日立化成学术交流奖”颁发
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